量子材料将打破硅基极限。
物理学家们刚刚找到了一种让设备运算速度飙升的方法——通过操控一种名为1T-TaS₂的量子材料，实现了比传统硅基芯片快1000倍的开关速度。
硅基芯片的物理天花板
要理解这个突破有多重要，先得知道现在的芯片是怎么工作的。
普通芯片的速度取决于它最小开关的切换速度。
在硅基芯片中，这个开关就是晶体管。晶体管要开启，它的通道必须充电和放电。这个过程通常需要大约1纳秒，所以处理器的频率最高也就几个GHz。
这就是为什么你的电脑CPU主频多年来一直徘徊在3-5GHz：我们已经触碰到了硅基材料的物理极限。
量子材料的神奇切换
美国多家研究机构的科学家们把目光投向了量子材料。他们操控了1T-TaS₂这种层状量子材料的温度，让它能够在绝缘和导电状态之间瞬间切换——就像你手机和电脑里的晶体管一样，可以阻止或允许电流通过。
关键在于速度：整个切换过程只需要大约1皮秒，比硅基晶体管快了整整1000倍！
如果用这种材料制作电路中的每个逻辑门，基础时钟频率就能提升同样的1000倍。每个计算步骤完成的时候，传统晶体管甚至还没充到一半电。
热淬火突破
研究人员把这个过程称为「热淬火」（thermal quenching）。
东北大学的物理学家Gregory Fiete表示：
每个使用过电脑的人都遇到过希望某些东西加载更快的时刻。没有什么比光更快，而我们正在用光以物理学允许的最快速度控制材料特性。
虽然1T-TaS₂之前就显示出在导体和绝缘体之间切换的潜力，但这次的突破在于能在更实用的温度下工作，而不是需要超低温环境，而且可以保持数月之久，而不是几秒钟。
研究团队通过精确控制加热和冷却的方法，以及温度变化的时机，实现了这一突破：速度要足够快以保证效果，但又不能太快导致必要的量子态崩塌。
从实验室到你的手机
当然，从物理实验室到消费电子产品还有很长的路要走。
Frank(@Frank93688755)提出了另一种思路：
我们也可以完全采用FPGA上的下降处理，它们是大规模并行的，不受时钟速度限制。
Lawrence D. Loeb(@LDLoeb)则指出了一个关键问题：
从我了解到的情况来看，这个好处需要-63摄氏度的温度，所以他们在材料科学上还有很长的路要走，看看能否在室温下复制这一点（或者开发真的很冷的手机）。
这真的很Cool（一语双关：）
Rohan Paul(@rohanpaul_ai)开玩笑回应：
是的，还有很长的路。现在，也许可以把整个GPU训练帐篷保持在-63度，以获得这1000倍的速度提升😃
新范式开启
每个电子设备都需要导电和绝缘材料，然后需要将它们连接在一起。
如果这项技术能够开发成功，我们将拥有一种更小、更快的单一材料，可以通过光控制在两种状态之间切换。
Fiete说：
我们正处于一个节点，为了在信息存储或操作速度上获得惊人的提升，我们需要一个新的范式。量子计算是处理这个问题的一条路线，另一条是在材料上创新。这就是这项工作的真正意义所在。
使用X射线高动态范围倒易空间映射和扫描隧道光谱学，研究人员揭示了共生电荷密度波和隐藏金属电荷密度波域在高达210K的温度下共存。
他们的发现表明，每个序参量都以不同的手性取向打破基面镜像对称性，并在隐藏相中诱导平面外单元胞三倍化。
这项研究成果已经发表在《Nature Physics》上。
硅基半导体元件几十年来一直为我们服务良好，但我们现在正在接近这些芯片所能提供的物理极限。因此，制造商正在寻找替代选择。
虽然1T-TaS₂使用的技术现在还远远不能塞进我们的设备中，但它们确实为不同类型的组件和不同的电子方法开辟了潜在路径，可以在未来几年提供严重的性能跳跃。
当我们还在为5nm、3nm工艺的提升而欢呼时，量子材料已经在用完全不同的方式思考问题——
不是把晶体管做得更小，而是让开关本身变得更快。
而回看计算机历史上的几次范式转变：从电子管到晶体管，从单核到多核，每一次都不是简单的性能提升，而是思维方式的根本改变。
现在，量子材料正在敲响下一扇门。
nature: https://www.nature.com/articles/s41567-025-02938-1
[2]sciencealert: https://www.sciencealert.com/quantum-breakthrough-could-make-your-devices-1000-times-faster
（文：AGI Hunt）